s/Meth/F
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
1 //===- CallGraph.h - Build a Module's call graph -----------------*- C++ -*--=//
2 //
3 // This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
4 // useful tool for interprocedural optimization.
5 //
6 // Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
7 // callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
8 // corresponding to the node.
9 //
10 // A call graph will contain nodes where the function that they correspond to is
11 // null.  This 'external' node is used to represent control flow that is not
12 // represented (or analyzable) in the module.  As such, the external node will
13 // have edges to functions with the following properties:
14 //   1. All functions in the module without internal linkage, since they could
15 //      be called by functions outside of the our analysis capability.
16 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
17 //      call, for example being stored into a memory location.  Since they may
18 //      be called by an unknown caller later, they must be tracked as such.
19 //
20 // Similarly, functions have a call edge to the external node iff:
21 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
22 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
23 //   2. The function contains an indirect function call.
24 //
25 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
26 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
27 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
28 //
29 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
30 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
31 // transformations.
32 //
33 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
34 // CallGraph is, which is currently does by looking for a function named 'main'.
35 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
36 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
37 // be called into (which is common for libraries).
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40
41 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
42 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
43
44 #include "Support/GraphTraits.h"
45 #include "Support/STLExtras.h"
46 #include "llvm/Pass.h"
47 class Function;
48 class Module;
49 class CallGraphNode;
50
51 //===----------------------------------------------------------------------===//
52 // CallGraph class definition
53 //
54 class CallGraph : public Pass {
55   Module *Mod;              // The module this call graph represents
56
57   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
58   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
59
60   // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
61   // couldn't be found.  ExternalNode is equivalent to (*this)[0].
62   //
63   CallGraphNode *Root, *ExternalNode;
64 public:
65
66   //===---------------------------------------------------------------------
67   // Accessors...
68   //
69   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
70   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
71
72   // getExternalNode - Return the node that points to all functions that are
73   // accessable from outside of the current program.
74   //
75         CallGraphNode *getExternalNode()       { return ExternalNode; }
76   const CallGraphNode *getExternalNode() const { return ExternalNode; }
77
78   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
79   // main cannot be found, the external node.
80   //
81         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
82   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
83
84   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
85   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
86   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
87   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
88
89
90   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
91   // function
92   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
93     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
94     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
95     return I->second;
96   }
97   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
98     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
99     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
100     return I->second;
101   }
102
103   //===---------------------------------------------------------------------
104   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
105   // modified
106   //
107   void addFunctionToModule(Function *F);
108
109
110   // removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
111   // it.  Because this removes the function from the module, the call graph node
112   // is destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
113   // functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
114   // is to dropAllReferences before calling this.
115   //
116   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
117   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
118     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
119   }
120
121
122   //===---------------------------------------------------------------------
123   // Pass infrastructure interface glue code...
124   //
125   CallGraph() : Root(0) {}
126   ~CallGraph() { destroy(); }
127
128   // run - Compute the call graph for the specified module.
129   virtual bool run(Module &M);
130
131   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
132   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
133     AU.setPreservesAll();
134   }
135
136   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
137   virtual void releaseMemory() {
138     destroy();
139   }
140
141   /// Print the types found in the module.  If the optional Module parameter is
142   /// passed in, then the types are printed symbolically if possible, using the
143   /// symbol table from the module.
144   ///
145   void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
146
147 private:
148   //===---------------------------------------------------------------------
149   // Implementation of CallGraph construction
150   //
151
152   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
153   // does not already exist.
154   //
155   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
156
157   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
158   // of the functions that it calls.
159   //
160   void addToCallGraph(Function *F);
161
162   // destroy - Release memory for the call graph
163   void destroy();
164 };
165
166
167 //===----------------------------------------------------------------------===//
168 // CallGraphNode class definition
169 //
170 class CallGraphNode {
171   Function *F;
172   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
173
174   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
175 public:
176   //===---------------------------------------------------------------------
177   // Accessor methods...
178   //
179
180   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
181   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
182
183   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
184   Function *getFunction() const { return F; }
185
186   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
187   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
188   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
189   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
190   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
191
192   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
193   //
194   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
195
196
197   //===---------------------------------------------------------------------
198   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
199   // modified
200   //
201
202   void removeAllCalledFunctions() {
203     CalledFunctions.clear();
204   }
205
206 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
207   friend class CallGraph;
208
209   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
210   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
211   
212   // addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
213   // one
214   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
215     CalledFunctions.push_back(M);
216   }
217 };
218
219
220
221 //===----------------------------------------------------------------------===//
222 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
223 // graphs by the generic graph algorithms...
224 //
225
226 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
227 // traversals.
228 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
229   typedef CallGraphNode NodeType;
230   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
231
232   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
233   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
234   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
235 };
236
237 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
238   typedef const CallGraphNode NodeType;
239   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
240
241   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
242   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
243   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
244 };
245
246 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
247   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
248     return CGN->getExternalNode();  // Start at the external node!
249   }
250   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
251   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
252
253   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
254   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
255   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
256     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
257   }
258   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
259     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
260   }
261
262   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
263                                        CallGraphNode*> P) {
264     return *P.second;
265   }
266 };
267 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
268   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
269   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
270     return CGN->getExternalNode();
271   }
272   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
273   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
274   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
275   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
276 };
277
278 #endif